Особенности моделирования магниторефрактивного эффекта в многослойных металлических наноструктурах

Магниторефрактивный эффект (МРЭ) важен и интересен и с фундаментальной, и с практической точки зрения. Данный эффект заключается в изменении коэффициента отражения или прохождения электромагнитной волны от намагниченных структур, обладающих эффектами магнитосопротивления. Это может быть и гигантское, и туннельное, и колоссальное магнитосопротивление в зависимости от типа структуры. МРЭ наиболее ярко проявляется в ИК-области спектра и может достигать десятки процентов. Он характеризуется однозначной зависимостью от величины магнитосопротивления. В данной статье рассматриваются особенности МРЭ в многослойных металлических наноструктурах, обладающих гигантским магнитосопротивлением. Проведено исследование МРЭ с использованием модели, связывающей данный эффект с магнитосопротивлением, а также в рамках модели с учетом спин-зависящего рассеяния. Последняя модель в более ранних работах позволила хорошо описать качественно, а в отдельных случаях и количественно, ряд экспериментальных данных. Предложенный нами учет частотной зависимости сопротивления позволил улучшить первую модель и получить принципиально новый результат: надежное качественное и количественное описание величины эффекта. В статье отмечена ключевая возможность применения магниторефрактивного эффекта как бесконтактного метода исследования наноструктур, метода неразрушающего контроля любых элементов электроники. Проведено также сравнение с экспериментальными данными, продемонстрировавшее возможность эффективного описания связи МРЭ и магнитосопротивления в рамках двух рассмотренных моделей.

1. Гороховский А.В. Композитные наноматериалы. Cаратов: Изд-во СГТУ, 2008. 68 с.

2. Reig C., Cardoso de Freitas S., Mukhopadhyay S.C. Giant Magnetoresistance (GMR) Sensors. From Basis to State-of the-Art Applications. In Series: Smart Sensors, Measurement and Instrumentation. Volume 6. Springer-Verlag, Berlin, Heidelberg, 2013. 301 р.

3. Ткачева В. Р. Нанокомпозиты – будущее машиностроения // Техника. Технологии. Инженерия. 2016. № 1. С. 37–40.

4. Jacquet J.C., Valet T. In: Magnetic ultrathin films, multilayers and surfaces. MRS Symp. Proc. 384. 1995. P. 477.

5. Грановский А.Б., Ганьшина Е.А., Юрасов А.Н. [и др.] Магниторефрактивный эффект в наноструктурах, манганитах и магнитофотонных кристаллах // Радиотехника и электроника. 2007. Т. 52. № 9. C. 1152–1159.

6. Юрасов А.Н. Магниторефрактивный эффект, как бесконтактный метод исследования функциональных материалов // Материаловедение. 2014. № 6. C. 32–38.

7. Uran S., Grimsditch M., Fullerton E.E., Bader S.D. Infrared spectra of giant magnetoresistance Fe/Cr/Fe trilayers // Phys. Rev. B. 1998. V. 57. № 5. 1998. P. 2705-4. DOI: 10.1103/PhysRevB.57.2705

8. Kravets V.G., Bozec D., Matthew J.A.D., Thompson S.M., Menard H., Horn A.B., Kravets A.F. Correlation between the magnetorefractive effect, giant magnetoresistance, and optical properties of Co-Ag granular magnetic films // Phys. Rev. B. 2002. V. 65. № 5. P. 054 415-9. DOI: 10.1103/PhysRevB.65.054415

9. Грановский А., Гущин В., Быков И., Козлов А., Kobayashi N., Ohnuma S., Masumoto T., Inoue M. Гигантский магниторефрактивный эффект в магнитных гранулированных сплавах CoFe–MgF // Физика твердого тела. 2003. Т. 45. № 5. С. 867–869.

10. Granovsky A.B., Sukhorukov Yu.P., Gan’shina E.A., Telegin A.V. Magnetorefractive Effect in Magnetoresistive Materials. In: Springer Series in Materials Science. Magnetophotonics. From Theory to Applications. V. 178 / ed. by M. Inoue, M. Levy, A.V. Baryshev. Berlin, Heidelberg: Springer, 2013. P. 107–134.

11. Telegin A.V., Sukhorukov Yu.P., Loshkareva N.N., Mostovshchikova E.V., Bebenin N.G., Gan’shina E.A., Granovsky A.B. Giant magnetotransmission and magnetoreflection in ferromagnetic materials // J. Magn. Magn. Mater. 2015. V. 383. P. 104–109. DOI: 10.1016/j.jmmm.2014.11.080

12. Lobov I.D., Kirilova M.M., Makhnev A.A., Romashev L.N., Ustinov V. V. Parameters of Fe/Cr interfacial electron scattering from infrared magnetoreflection // Phys. Rev. B. 2010. V. 81. P. 134436-6. DOI: 10.1103/PhysRevB.81.134436

13. Банникова Н.С., Миляев М.А., Наумова Л.И., Проглядо В.В., Криницина Т.П., Каменский И.Ю., Устинов В.В. Гигантское магнитосопротивление сверхрешеток CoFe/Cu(Ni80Fe20)60Cr40 // Физика металлов и материаловедение. 2015. Т. 116. № 10. P. 1040.

14. Юрасов А.Н., Телегин А.В., Банникова Н.С., Миляев М.А., Сухоруков Ю.П.. Особенности магниторефрактивного эффекта в многослойной металлической наноструктуре [CoFe/Cu]n // Физика твердого тела. 2018. V. 60. № 2. Р. 276–282. DOI: 10.21883/FTT.2018.02.45381.201

15. Маевский В.М. Теория магнетооптических эффектов в многослойных систем с произвольной ориентацией намагниченности // Физика металлов и материаловедение. 1985. Т. 5. № 2. C. 213–219.

16. Юрасов А.Н., Телегин А.В., Сухоруков Ю.П. Модель магниторефрактивного эффекта в манганитах в рамках теории эффективной среды // Физика твердого тела. 2016. Т. 58. № 4. C. 656–659.